智能化采煤技术在煤矿开采中的应用与实践探索

摘要： 随着科技的飞速发展，智能化采煤技术逐渐成为煤矿开采行业的核心竞争力。本文详细阐述了智能化采煤技术的关键组成部分，包括智能开采设备、自动化控制系统、数据监测与传输系统等在煤矿开采中的应用，深入分析了其应用实践过程中的技术要点、优势以及面临的挑战，并对未来发展方向进行了展望，旨在为推动煤矿开采行业的智能化转型提供理论与实践参考。

1.智能化采煤技术的关键构成

1.1智能开采设备技术

（1）采煤机智能控制技术

采煤机的智能调高系统通过安装在机身的各类传感器，如激光测距传感器、压力传感器等，实时采集煤层厚度与顶板压力信息，利用内置的控制算法自动调整滚筒高度，确保截割过程中能够精准地沿着煤层顶底板运行，有效避免割顶割底现象，提高煤炭采出率。

自适应截割技术依据煤岩硬度变化，自动调节截割参数，如截割速度、牵引速度等，以保证采煤机在不同煤质条件下的高效稳定运行，降低刀具磨损，延长设备使用寿命。

（2）刮板输送机智能技术

采用智能张紧系统，通过监测刮板链的张力变化，自动控制张紧油缸的伸缩，保持刮板链处于合适的张紧状态，减少链条跳齿、断链等故障的发生概率，提高煤炭运输的连续性和可靠性。

其故障诊断技术基于对电机电流、轴承温度、链条速度等参数的实时监测，运用数据分析模型对设备运行状态进行评估，提前预测潜在故障，并及时发出预警信号，便于维护人员采取针对性的维修措施，降低设备停机时间。

1.2自动化控制系统技术

（1）综采工作面设备群协同控制技术

基于工业以太网和现场总线技术，构建了综采工作面设备的集中控制系统，实现了采煤机、刮板输送机、液压支架等设备之间的互联互通与协同作业。通过预设的控制逻辑和通信协议，各设备能够根据采煤工艺要求自动完成启停、速度匹配、位置联动等操作，确保整个开采过程的高效有序进行。

例如，液压支架的电液控制系统根据采煤机的位置信息，自动完成降架、移架、升架等支护动作，同时将支架的工作状态反馈给控制系统，实现对顶板支护的精准控制和实时监测，有效保障了作业空间的安全。

（2）运输系统自动化调度技术

在煤矿运输系统中，应用了自动化调度技术，通过安装在带式输送机、提升机等设备上的传感器和控制器，实现了对煤流的实时监测和运输设备的智能调速。根据煤仓煤位、皮带载荷等信息，自动调整运输设备的运行速度和启停顺序，避免煤炭堆积和设备空转，提高运输效率，降低能耗。

此外，运输系统还具备故障自诊断和远程监控功能，一旦发生故障，系统能够迅速定位故障点，并将故障信息上传至地面调度中心，维护人员可通过远程操作进行初步处理，减少故障对生产的影响。

1.3数据监测与传输系统技术

（1）井下多参数高精度监测技术

在煤矿井下布置了大量的传感器，对瓦斯浓度、一氧化碳浓度、温度、湿度、顶板位移、设备振动等参数进行全方位、高精度的实时监测。这些传感器采用先进的传感技术和信号处理算法，能够在恶劣的井下环境中稳定可靠地工作，为煤矿安全生产提供准确的数据支持。

例如，瓦斯传感器采用催化燃烧式或红外吸收式检测原理，具有灵敏度高、响应速度快、抗干扰能力强等特点，能够及时准确地检测到瓦斯浓度的变化，当瓦斯浓度超过设定阈值时，立即触发报警装置，并自动采取相应的安全措施，如切断电源、启动通风设备等，有效预防瓦斯爆炸事故的发生。

（2）高速可靠的数据传输技术

为满足智能化采煤对数据实时性和准确性的要求，煤矿井下构建了高速光纤传输网络，采用工业环网技术，确保数据传输的可靠性和冗余性。通过网络交换机和路由器等设备，将井下各个监测点和控制设备的数据快速传输至地面监控中心，实现数据的实时共享和远程监控。

同时，为了保证数据传输的安全性，采用了加密技术和防火墙等安全防护措施，防止数据被窃取或篡改，确保煤矿生产信息系统的稳定运行。

2.智能化采煤技术的应用实践

2.1智能化开采工艺流程

（1）割煤工艺

采煤机在自动化控制系统的指挥下，按照预定的采煤工艺参数进行割煤作业。首先根据地质条件和开采要求确定采煤机的截割路径和速度，在割煤过程中，通过传感器实时监测煤层变化情况，自动调整滚筒高度和截割角度，确保割煤质量和效率。同时，采煤机与刮板输送机、液压支架等设备保持紧密的协同作业关系，实现连续高效的割煤工艺过程。

（2）智能支护与放顶工艺

液压支架的电液控制系统根据采煤机的位置和顶板压力变化，自动完成支护和放顶作业。在采煤机割煤后，液压支架及时跟进，按照预设的支护程序进行降架、移架、升架操作，对顶板进行有效支护。同时，在放顶煤开采工艺中，通过对顶煤厚度、硬度、垮落步距等参数的监测和分析，智能控制放煤口的开启时间、放煤量和放煤速度，提高顶煤回收率，降低煤炭损失率。

2.2应用效果分析

（1）提高生产效率

智能化采煤技术实现了设备的自动化、协同化作业，减少了设备的启停时间和故障停机时间，提高了煤炭开采的连续性和效率。与传统开采方式相比，工作面单产大幅提高，有效缓解了煤炭供应紧张的局面，增强了煤炭企业的市场竞争力。

（2）提升资源回收率

智能开采设备能够更加精准地控制采煤工艺参数，根据煤层的赋存条件实现薄煤层、厚煤层以及不规则煤层的高效开采，减少了煤炭资源的浪费。通过智能化采煤技术的应用，煤炭资源回收率得到大幅提高，对于延长矿井服务年限、提高煤炭资源利用效率具有重要意义。

（3）降低安全风险

数据监测与传输系统对井下环境和设备运行状态的实时监测，以及自动化控制系统的远程操作功能，使工人远离危险作业区域，降低了瓦斯爆炸、顶板坍塌、机械伤害等事故的发生概率。同时，系统的故障诊断和预警功能能够及时发现设备隐患并进行处理，有效保障了煤矿开采的安全生产。

3.未来发展方向

3.1技术创新与突破

（1）智能化开采技术升级

加强对人工智能、大数据、云计算、物联网等前沿技术的深度融合应用研究，进一步提升智能化采煤技术的智能化水平。例如，利用机器学习算法对开采过程中的海量数据进行分析挖掘，实现开采工艺参数的智能优化和设备故障的精准预测诊断；通过虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术为操作人员提供更加直观、便捷的远程操控体验，提高生产效率和安全性。

（2）智能装备研发制造

加大对智能开采装备的研发投入，推动采煤机、液压支架、刮板输送机等设备向更加智能化、高端化、国产化方向发展。研制具有更强适应性和可靠性的智能装备，提高设备的自动化程度、操作精度和环境适应能力，降低设备的维护成本和能耗，逐步实现智能装备的自主可控和国产化替代进口，提高我国煤矿开采装备制造业的核心竞争力。

3.2人才培养与引进

（1）内部培训与教育

煤矿企业应加强与高校、科研机构的合作，建立健全职工培训教育体系，针对在职员工开展智能化采煤技术相关的培训课程和实践操作训练，通过定期组织技术培训、学术交流、技能竞赛等活动，提升员工的专业技能和综合素质，培养一批能够熟练掌握智能化采煤技术的技术骨干和操作能手，为智能化开采提供坚实的人才保障。

（2）外部人才引进

制定优惠政策，吸引自动化、信息技术、机械工程等相关专业的高校毕业生和高端人才投身煤矿行业，充实煤矿企业的技术研发和管理团队。同时，积极引进国内外智能化采煤领域的专家和技术团队，开展技术合作和项目攻关，借助外部智力资源推动煤矿智能化开采技术的快速发展。

结论

智能化采煤技术在煤矿开采中的应用与实践取得了显著成效，提高了生产效率、资源回收率和安全生产水平，推动了煤矿开采行业的技术进步和转型升级。未来，应持续加强技术创新与突破，加大智能装备研发制造力度，同时注重人才培养与引进，不断完善智能化采煤技术体系，推动煤矿开采行业向更加安全、高效、智能、绿色的方向发展，为我国能源事业的可持续发展做出更大贡献。

参考文献：

[1]李敏.物联网技术在煤矿智能化开采中的应用[J].自动化应用，2024，65（12）：253-255.

[2]李志鹏.智能化采煤现状及设备维护技术[J].当代化工研究，2024，（12）：163-165.

[3]马春雨.煤矿综采工作面智能化开采探讨[J].内蒙古煤炭经济，2024，（11）：34-36.

[4]陈希壮，王旭.煤矿综合机械化采煤技术的发展微探[J].内蒙古煤炭经济，2024，（07）：118-120.